(57)【要約】【課題】磁気抵抗を小さくして回転子トルクを増加することができる回転電機を提供する。【解決手段】両端面を回転軸が貫通する回転子鉄心に磁石を装着した回転子と、回転子を内包する固定子鉄心に固定子巻線を巻き付けた固定子とを有し、回転子を固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持した回転電機において、回転子１１に、磁石１６の極間に突極ができるように、磁石１６を挿入配置して両端面に開口する磁石配置空隙２１を設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端面を回転軸が貫通する回転子鉄心に磁石を装着した回転子と、前記回転子を内包する固定子鉄心に固定子巻線を巻き付けた固定子とを有し、前記回転子を前記固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持した回転電機において、
前記回転子に、前記磁石の極間に突極ができるように、前記磁石を挿入配置して前記両端面に開口する磁石配置空隙を設けた回転電機。
【請求項２】
前記突極は、角部が前記磁石の内部に入り込んだ三角形状である請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記磁石配置空隙を、一極当り複数個で形成した請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記磁石を、一極当り複数個で形成した請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記磁石の着磁方向が、前記回転子鉄心の端面外周縁に沿う方向である請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記磁石の着磁方向が、前記回転子鉄心の端面半径方向である請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記磁石配置空隙及び前記磁石を、前記回転子鉄心の端面周縁方向に沿って複数個に分割した形状を有する請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転子鉄心の前記極の間に、磁束を通り難くする空隙を設けた請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記磁束を通り難くする空隙を、一極当り複数個で形成した請求項８に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記磁束を通り難くする空隙に、所定方向に着磁した磁石を配置した請求項８または９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記回転子鉄心は、前記磁石の極中心部の外径が大きく、前記磁石の極間の外径が小さい形状を有する１から１０のいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関し、特に、回転子に永久磁石を装着した構造を有し電動機或いは発電機として用いられる回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転子に永久磁石を装着した構造を有する回転電機が知られている。このような構造の回転電機は、損失が少なく効率も良く、その上、大きな出力が得られる等の理由により数多く使用されている。このような磁石式回転電機が発生するトルクは、永久磁石によるマグネットトルクと回転子鉄心の突極比によるリラクタンストルクの合成トルクとなる。この内、永久磁石の極と鉄心の突極が同極となるものを順突極、永久磁石の極間に鉄心の突極があるものを逆突極という。
【０００３】
従来の順突極モータとして、例えば、「永久磁石回転電機とその制御方法及び制御装置並びにそれを使用した電気自動車」（特許文献１参照）が提案されている。図１２は、従来の永久磁石回転電機とその制御方法及び制御装置並びにそれを使用した電気自動車における永久磁石回転電機の回転子の断面説明図である。図１２に示すように、「永久磁石回転電機とその制御方法及び制御装置並びにそれを使用した電気自動車」（特許文献１参照）における永久磁石回転電機は、回転子１の一極当りの磁石２を２個とし、磁石２間に鉄心の突極を設けることで、順突極を実現している。
【特許文献１】特許第３１１７１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、「永久磁石回転電機とその制御方法及び制御装置並びにそれを使用した電気自動車」（図１０参照）においては、磁石２が回転子１の表面に配設されているため、リラクタンストルクを発生するための磁束のループが長くなってしまいトルクが有効に発生しない上に、磁石２の固定方法に難があって高回転化が困難である。つまり、磁気抵抗が大きくなってしまって鉄心の突極比を大きくすることができず、回転子のトルクの増加が困難であった。
この発明の目的は、磁気抵抗を小さくして回転子トルクを増加することができる回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機は、両端面を回転軸が貫通する回転子鉄心に磁石を装着した回転子と、前記回転子を内包する固定子鉄心に固定子巻線を巻き付けた固定子とを有し、前記回転子を前記固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持した回転電機において、前記回転子に、前記磁石の極間に突極ができるように、前記磁石を挿入配置して前記両端面に開口する磁石配置空隙を設けている。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、回転子は、磁石の極間に突極ができるように、回転子鉄心が磁石内部に入り込む空隙を埋めて磁石が挿入配置されているので、極から極の磁気抵抗を小さくすることでリラクタンストルクを有効に増加することができるので、回転子のトルクの増加が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係る回転電機の軸方向断面による概略説明図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図であり、図３は、図２の回転子の一部を拡大した平面説明図である。
【０００８】
図１及び図２に示すように、回転電機１０は、回転子１１、固定子１２、回転軸１３、及びケース１４を有している。回転子１１は、略円柱状に形成された回転子鉄心（回転子コア）１５と、回転子鉄心１５に装着された磁石（永久磁石）１６（図２参照）を有しており、回転子鉄心１５の両端面中心を回転軸１３が貫通している。回転子鉄心１５の両端面には、円環状円盤からなる蓋体１５ａが装着されている。
【０００９】
この回転子１１を内包するように配置された固定子１２は、回転子１１を覆う略円筒状に形成された固定子鉄心（固定子コア）１７と、固定子鉄心１７に装着された巻線１８を有している。固定子鉄心１７は、その外形部分を形成する固定子バックコア１７ａ（図２参照）に、回転子１１側に向かって突設された複数の固定子突条１７ｂを有している。この各固定子突条１７ｂには、絶縁体１８ａを介して回転軸１３に略平行に巻線１８が巻回されている（図２参照）。
【００１０】
ケース１４は、円筒状の外周ケース１４ａと、外周ケース１４ａの両端開口を塞ぐ一対のサイドケース１４ｂ，１４ｂを有している。この外周ケース１４ａの内周面に固定子鉄心１７が固着されており、両各サイドケース１４ｂ，１４ｂにベアリング１９を介して回転軸１３が回転自在に保持されている。一方のサイドケース１４ｂの外側には、回転軸１３の回転状態を検出する回転センサ２０が装着されている（図１参照）。
【００１１】
回転子１１と固定子１２は、その対向面間にエアギャップ（隙間）ａを有するように配置されていて互いに接触することはない（図１，２参照）。回転子１１は、固定子１２の内部で、固定子１２から与えられる回転磁束に対し、回転子１１に装着した磁石１６（図２参照）に反力を発生させることにより、回転軸１３を中心に回転する。この回転軸１３を介して回転子１１の回転が外部に伝えられる。
【００１２】
図２及び図３に示すように、回転子鉄心１５は、その外周面近傍に回転軸１３と略平行に配置されてその両端面間を貫通し、且つ、端面開口形状が外周面側にＶ字形の溝を有する矩形状、即ち、略Ｍ字形状に形成された、複数の空隙（磁石配置空隙）２１を有している。各空隙２１は、外周縁に沿って略等間隔離間して複数個（一例として、８個を図示）配置されている。
【００１３】
この空隙２１には、磁石１６が挿入配置されており、各磁石１６は、空隙２１に対応した断面形状、即ち、外周面側にＶ字形の溝を有する矩形状に形成されている。つまり、各磁石１６の幅方向（回転子鉄心１５の端面周縁方向）略中央に、回転子鉄心１５が逆Ｖ字形に磁石内部に入り込んでいる。なお、磁石１６は、隣接同士の磁極が互いに相違するように配置される（図３参照）。そして、磁石１６の着磁方向を、磁石１６のＶ字形の溝に略直交する方向、即ち、回転子鉄心１５の端面外周縁に沿う方向にしている（図中、矢印参照）。
【００１４】
このように、回転子１１は、磁石１６の極間に角部が磁石内部に入り込んだ三角形状の突極ができるように、回転子鉄心１５が磁石内部に入り込む空隙２１を埋めて磁石１６が挿入配置され、磁石１６の着磁方向を、磁石１６のＶ字形の溝に略直交する方向にしている。この結果、極から極の磁気抵抗を小さくすることでリラクタンストルクを有効に増加することができるので、回転子１１のトルクの増加が可能になる。また、磁石１６を回転子鉄心１５の内部に挿入配置するため、磁石１６の固定が容易にできるので高回転化が可能になる。
【００１５】
（第２実施の形態）
図４は、この発明の第２実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。図４に示すように、回転子３０は、空隙２１及び磁石１６に代えて、磁石の極間に突極ができるように形成した空隙３１、及びこの空隙３１を埋めるように挿入配置した磁石３２を有している。その他の構成及び作用は、回転子１１と同様である。
【００１６】
空隙３１は、回転子鉄心３３の外周面近傍に回転軸１３と略平行に配置されてその両端面間を貫通し、且つ、端面開口形状が略台形状に形成されている。従って、隣接する両空隙３１，３１の間には、回転子鉄心３３が角部を回転子鉄心３３の中心側に入り込ませた三角形状、即ち、外周面側に開いたＶ字形状に突出する。各磁石３２は、各空隙３１に対応した断面形状を有する略台形状に形成されており、各磁石３２の着磁方向を、回転子鉄心３３の端面外周縁に略直交する方向、即ち、回転子鉄心３３の半径方向にしている（図中、矢印参照）。
【００１７】
これにより、回転子３０には、磁石３２の極間に突極ができ、磁極と固定子１２を近づけて、磁気抵抗を小さくすることができるので、マグネットトルクが増加し、回転子３０のトルクの増加が可能である。
【００１８】
（第３実施の形態）
図５は、この発明の第３実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。図５に示すように、回転子３５は、空隙３１に代えて、空隙３１を二分割した空隙３６を有し、この空隙３６に磁石３７を挿入配置した、回転子鉄心３８を有している。その他の構成及び作用は、回転子３０と同様である。
【００１９】
空隙３６は、空隙３１を、回転子鉄心３３の横幅方向、即ち、回転子鉄心３３の端面周縁方向の略中央を通る、回転子鉄心３３の端面半径方向直線で二分割した形状を有しており、二分割位置である隣接する両空隙３６の間には、隙間が設けられている。各空隙３６に挿入配置された各磁石３７の着磁方向を、回転子鉄心３８の端面外周縁に沿う方向、即ち、回転子鉄心３８の半径方向と略直交する方向にしている（図中、矢印参照）。これにより、回転子３５には、磁石３７の極間に突極ができ、空隙３６を、空隙３１の略を半分の大きさにすることで、回転子３５の強度を向上させると共に、高回転化が可能となる。
【００２０】
（第４実施の形態）
図６は、この発明の第４実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。図６に示すように、回転子４０は、磁石３７の着磁方向を、回転子鉄心３８の端面半径方向（図中、矢印参照）にしている。その他の構成及び作用は、回転子３５と同様である。このように、磁石３７の着磁方向を回転子鉄心３８の端面半径方向とすることで、磁極と固定子１２を近づけることができ磁気抵抗を小さくすることができるので、マグネットトルクが増加し、回転子４０のトルクの増加が可能である。
【００２１】
（第５実施の形態）
図７は、この発明の第５実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。図７に示すように、回転子４５は、空隙３６に代えて、空隙３６を回転子鉄心３８の端面周縁方向に沿って複数個（一例として、４個を図示）に分割した形状の空隙４６を有し、この空隙４６に磁石４７を挿入配置した、回転子鉄心４８を有している。その他の構成及び作用は、回転子４０と同様である。
【００２２】
各空隙４６は、細長い長方形状に形成されており、回転子鉄心３８の端面側形状が、例えば、４個で空隙３６の形状となるように、それぞれ若干ずらした状態で略平行に並んで配置されている。各空隙４６に挿入配置される各磁石４７は、各空隙４６の形状に対応する長板状に形成されている。各空隙４６に挿入配置された各磁石４７の着磁方向を、各磁石４７を貫く方向、即ち、回転子鉄心４８の端面外周縁に沿う方向にしている（図中、矢印参照）。これにより、各空隙４６に挿入配置する磁石４７を容易に製造することができ、回転子４５のトルクの増加が可能である。
【００２３】
（第６実施の形態）
図８は、この発明の第６実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。図８に示すように、回転子５０は、回転子３５の回転子鉄心３８（図５参照）の極間に、磁束が通り難いように空隙５１を設けた回転子鉄心５２を有している。その他の構成及び作用は、回転子３５と同様である。
【００２４】
回転子鉄心５２には、それぞれ磁石３７が挿入配置された各空隙３６の端面中心側空白部分に、回転子鉄心５２の半径方向と略直交する細長い長方形状に形成された複数の空隙５１を有している。各空隙５１は、回転子鉄心５２の半径方向に沿って、長さを異ならせて形成されており、複数個（一例として４個を図示）を組み合わせて、極間毎に配置されている。
【００２５】
つまり、回転子５０は、極間に磁束が通り難いように空隙５１を設けることで、磁石３７の磁束が回転子５０内で短絡するのを防止することができ、回転子５０のトルクの増加が可能である。
【００２６】
（第７実施の形態）
図９は、この発明の第７実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。図９に示すように、回転子５５は、回転子５０（図８参照）の複数の空隙５１の一部に磁石５６を配置している。その他の構成及び作用は、回転子５０と同様である。
【００２７】
回転子鉄心５２に形成された複数の空隙５１の一部である、例えば、回転子鉄心５２の端面外周縁側の２個の空隙５１に、それぞれ着磁された磁石５６を挿入配置する。両空隙５１に埋め込んだ各磁石５６の着磁方向は、各磁石５６を貫く方向、即ち、回転子鉄心５２の半径方向に沿う方向にする（図中、矢印参照）。これにより、マグネットトルクを増加することが可能であり、更なる回転子５５のトルクの増加が可能である。
【００２８】
（第８実施の形態）
図１０は、この発明の第８実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。図１０に示すように、回転子６０は、空隙５１（図８参照）の代わりに、回転子鉄心６１の端面半径方向に沿う空隙６２を有している。その他の構成及び作用は、回転子５０と同様である。
【００２９】
回転子鉄心６１は、端面中心側の端面空白部分に、回転子鉄心６１の略半径方向に沿う細長い長方形状に形成された複数（一例として５個を図示）の空隙６２を有している。例えば、５個の空隙６２は、回転子鉄心６１の半径方向に配置された１個の空隙６２ａと、この空隙６２ａと略平行に互いに略等間隔を有して両側に隣接配置された２個ずつの空隙６２ｂからなる。
【００３０】
つまり、回転子６０は、極間に磁束が通り難いように空隙６２を設けることで、磁石３７の磁束が回転子６０内で短絡するのを防止することができ、回転子６０のトルクの増加が可能である。
【００３１】
（第９実施の形態）
図１１は、この発明の第９実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。図１１に示すように、回転子６５は、回転子鉄心３８（図５参照）に代えて、回転子鉄心３８の端面外周を波型に形成して半径距離が一定でない回転子鉄心６６を有している。その他の構成及び作用は、回転子３５と同様である。
【００３２】
回転子鉄心６６は、端面外周が、半径方向に凹凸を有するように半径距離が異なる緩やかな波線により形成されており、その凹部に磁石３７の極間が配置されその凸部に磁石３７の極中心部が配置されている。つまり、回転子鉄心６６は、磁石３７の極中心部の外径ｂが大きく、磁石３７の極間の外径ｃが小さい形状を有する。これにより、回転子鉄心６６は、端面形状が通常の半径距離が一定の円盤からなる回転子鉄心の場合よりも、突極比を大きくすることができるので、リラクタンストルクが増加し、回転子６５のトルクを増加することが可能である。
【００３３】
このように、この発明によれば、両端面を回転軸が貫通する回転子鉄心に磁石を装着した回転子と、回転子を内包する固定子鉄心に固定子巻線を巻き付けた固定子とを有し、回転子を固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持した回転電機において、回転子に、磁石の極間に突極ができるように、磁石を挿入配置して両端面に開口する空隙を設けた。
【００３４】
そして、この回転電機は、突極を、角部が磁石の内部に入り込んだ三角形状であるように形成しており、空隙を、一極当り複数個で形成し、また、磁石を、一極当り複数個で形成している。また、磁石の着磁方向が、回転子鉄心の端面外周縁に沿う方向、或いは回転子鉄心の端面半径方向にしている。また、空隙及び磁石を、回転子鉄心の端面周縁方向に沿って複数個に分割した形状を有している。また、回転子鉄心の極の間に、磁束を通り難くする空隙を設け、この空隙を、一極当り複数個で形成すると共に、空隙に、所定方向に着磁した磁石を配置している。また、回転子鉄心は、磁石の極中心部の外径が大きく、磁石の極間の外径が小さい形状を有している。
【００３５】
つまり、この発明によれば、回転子に磁石の極間に突極ができるように、磁石を挿入配置して両端面に開口する空隙を設けたので、磁気抵抗を小さくすることでリラクタンストルクを有効に増加することができるので、回転子のトルクの増加が可能になる。
【００３６】
なお、上記実施の形態においては、回転電機について説明しているが、それは電動機（モータ）或いは発電機の何れでも良く、極数についても、個数を限定するものではなく、更に、スロット数も、例えば８極当り１２スロットの他、８極当り６スロット等他の組合せでも良い。また、強磁性体として、電磁鋼板、圧粉コア、或いはアモルファス薄板等により形成しても良い。
【００３７】
また、その構造においても、内側に回転子、外側に固定子を配置したインナーロータ型回転電機として説明しているが、これに限るものではなく、内側に固定子、外側に回転子を配置したアウターロータ型回転電機でも良く、固定子コアについても一体構造でも分割構造でも良い。更に、空隙の数も、各実施の形態において、例えば４個或いは５個の例を示したが、これに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の第１実施の形態に係る回転電機の軸方向断面による概略説明図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図３】図２の回転子の一部を拡大した平面説明図である。
【図４】この発明の第２実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。
【図５】この発明の第３実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。
【図６】この発明の第４実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。
【図７】この発明の第５実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。
【図８】この発明の第６実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。
【図９】この発明の第７実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。
【図１０】この発明の第８実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。
【図１１】この発明の第９実施の形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大した図３と同様の平面説明図である。
【図１２】従来の永久磁石回転電機とその制御方法及び制御装置並びにそれを使用した電気自動車における永久磁石回転電機の回転子の断面説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  回転電機
１１，３０，３５，４０，４５，５０，５５，６０  回転子
１２  固定子
１３  回転軸
１４  ケース
１４ａ  外周ケース
１４ｂ  サイドケース
１５，３３，３８，４８，５２，６１，６６  回転子鉄心
１５ａ  蓋体
１６，３２，３７，４７，５６  磁石
１７  固定子鉄心
１７ａ  固定子バックコア
１７ｂ  固定子突条
１８  巻線
１８ａ  絶縁体
１９  ベアリング
２０  回転センサ
２１，３１，３６，４６，５１，６１，６２，６２ａ，６２ｂ  空隙
ａ  エアギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006166625.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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